(57)【要約】【課題】平板表示装置用照明装置を提供する。【解決手段】光源と、光源から放出された光を伝達及び分配するものであって、光学的等方性物質からなる導光板と、光源と隣接した導光板の側端に隣接して設けられて、光を所定範囲の入射角で導光板に入射させるコリメータと、２つの屈折率を有する光学的異方性物質からなり、導光板の上面に設けられたものであって、２つの屈折率により導光板との境界面で、導光板から入射した光のうち、第１偏光成分は透過し、第２偏光成分は全反射させる偏光分離層と、偏光分離層の上面に設けられたものであって、偏光分離層から入射された光を出射させる出光構造を有する出光層と、を備える平板表示装置用照明装置である。【選択図】図１
2007073516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から放出された光を伝達及び分配するものであって、光学的等方性物質からなる導光板と、
光源と隣接した前記導光板の側端に隣接して設けられて、光を所定範囲の入射角で前記導光板に入射させるコリメータと、
２つの屈折率を有する光学的異方性物質からなり、前記導光板の上面に設けられたものであって、前記２つの屈折率により導光板との境界面で、前記導光板から入射した光のうち、第１偏光成分は透過し、第２偏光成分は全反射させる偏光分離層と、
前記偏光分離層の上面に設けられたものであって、前記偏光分離層から入射された光を出射させる出光構造を有する出光層と、を備える平板表示装置用照明装置。
【請求項２】
前記偏光分離層は、第１方向の屈折率がｎe、第２方向の屈折率がｎo、前記導光板の屈折率がｎiであるとき、ｎo＜ｎi≦ｎeの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項３】
前記出光層は、光学的に等方性であることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項４】
前記出光層は、前記偏光分離層の表層であって、表面に立体パターンを有することを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項５】
前記出光層は、光学的に等方性であり、その屈折率は、前記ｎe以上であることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項６】
前記コリメータは、
光源側が狭く、導光板側の広い台形に対向するように配置された反射鏡と、
前記対向する反射鏡の間に配置されたものであって、底面が光源に向かい、頂部が導光板に向う三角プリズムと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項７】
前記コリメータは、
前記導光板の光源側の側端から光源まで、その厚さが次第に薄くなるように延びたものであって、その断面が台形をなすことを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項８】
前記コリメータの長さは、前記導光板の厚さの１〜４倍であることを特徴とする請求項７に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項９】
前記コリメータは、
光源と隣接した面に、前記光源の長手方向と平行に複数のプリズムパターンが形成されたことを特徴とする請求項７に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項１０】
前記コリメータの長さは、前記導光板厚さの１〜４倍であることを特徴とする請求項９に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項１１】
前記コリメータは、
前記導光板の光源側の側端が前記光源側に延びたものであって、その表面に複数の偏向鋸歯状の立体パターンが形成された導光板拡張部と、
前記導光板拡張部の外面に配置されて、前記偏向鋸歯状の立体パターンを埋め込むものであって、前記導光板拡張部より大きな屈折率を有する第１表層と、
前記第１表層の外面に配置され、前記第１表層より小さく、外部より大きな屈折率を有する第２表層と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項１２】
前記複数の偏向鋸歯状の立体パターンは、
垂直面および前記光源に向って形成された斜面からなることを特徴とする請求項１１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項１３】
前記斜面は、プリズムパターンをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項１４】
前記コリメータは、前記導光板とほぼ同じ幅及び厚さを有する透明ブロックであって、前記光源に隣接した側は平面に形成され、前記導光板に隣接した側には、複数の三角プリズムパターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項１５】
前記コリメータは、前記導光板とほぼ同じ幅及び厚さを有する透明ブロックであって、前記光源及び前記導光板と隣接した面にそれぞれ複数の三角プリズムパターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項１６】
前記複数の三角プリズムパターンは、前記光源側パターンと前記導光板側のパターンの数およびサイズが相異なることを特徴とする請求項１５に記載の平板表示装置用照明装置。
【請求項１７】
光源と、
前記光源から放出された光を伝達及び分配する導光板と、
光源と隣接した前記導光板の側端に隣接して設けられて、光を所定範囲の入射角で前記導光板に入射させるコリメータと、
前記導光板の上面に設けられたものであって、前記導光板との境界面で、前記導光板から入射した光のうち、第１偏光成分は透過し、第２偏光成分は全反射させる第１偏光分離層と、
前記導光板の下面に設けられたものであって、前記導光板との境界面で、前記導光板から入射した光のうち、第２偏光成分は透過し、第１偏光成分は全反射させる第２偏光分離層と、
前記第１偏光分離層及び第２偏光分離層の外面にそれぞれ設けられたものであって、前記各偏光分離層から入射された光を出射させる出光構造を有する出光層と、を備える両面平板表示装置用照明装置。
【請求項１８】
前記導光板は、光学的等方性物質からなり、
前記第１偏光分離層及び第２偏光分離層は、２つの屈折率を有する光学的異方性物質からなるものであって、前記第１偏光分離層及び第２偏光分離層は、その屈折率の軸が互いに直交するように配置されたことを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項１９】
前記導光板は、屈折率がｎiである光学的等方性物質からなり、
前記第１偏光分離層及び第２偏光分離層は、光学的異方性物質からなるものであって、第１方向の屈折率がｎe 、第２方向の屈折率がｎoであるとき、ｎo＜ｎi≦ｎeの関係を満たし、
前記第１偏光分離層及び第２偏光分離層は、その屈折率の軸が互いに直交するように配置されたことを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２０】
前記出光層は、前記偏光分離層の表層であって、表面に立体パターンを有することを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２１】
前記出光層は、上面に周期的な立体パターンが形成された光学的等方性フィルムであることを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２２】
前記出光層は、光学的に等方性であり、その屈折率は、前記ｎe以上であることを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２３】
前記コリメータは、
光源側が狭く、導光板側の広い台形に対向するように配置された反射鏡と、
前記対向する反射鏡間に配置されたものであって、下面が光源に向い、頂部が導光板に向う三角プリズムと、を備えることを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２４】
前記コリメータは、
前記導光板の光源側の側端から光源まで、その厚さが次第に薄くなるように延びたものであって、その断面が台形をなすことを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２５】
前記コリメータの長さは、前記導光板厚さの１〜４倍であることを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２６】
前記コリメータは、
光源と隣接した面に前記光源の長手方向と平行に複数のプリズムパターンが形成されたことを特徴とする請求項２５に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２７】
前記コリメータの長さは、前記導光板厚さの１〜４倍であることを特徴とする請求項２５に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２８】
前記コリメータは、
前記導光板の光源側の側端が前記光源側に延びたものであって、その表面に複数の偏向鋸歯状の立体パターンが形成された導光板拡張部と、
前記導光板拡張部の外面に配置されて、前記偏向鋸歯状の立体パターンを埋め込むものであって、前記導光板拡張部より大きな屈折率を有する第１表層と、
前記第１表層の外面に配置され、前記第１表層より小さく、外部より大きな屈折率を有する第２表層と、を備えることを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項２９】
前記複数の偏向鋸歯状の立体パターンは、
垂直面および前記光源に向って形成された斜面からなることを特徴とする請求項２４に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項３０】
前記斜面は、プリズムパターンをさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項３１】
前記コリメータは、前記導光板とほぼ同じ幅及び厚さを有する透明ブロックであって、前記光源に隣接した側は平面に形成され、前記導光板に隣接した側には、複数の三角プリズムパターンが形成されたことを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項３２】
前記コリメータは、前記導光板とほぼ同じ幅及び厚さを有する透明ブロックであって、前記光源及び前記導光板と隣接した面にそれぞれ複数の三角プリズムパターンが形成されたことを特徴とする請求項１７に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【請求項３３】
前記複数の三角プリズムパターンは、前記光源側パターンと前記導光板側のパターンの数およびサイズが相異なることを特徴とする請求項３２に記載の両面平板表示装置用照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板表示装置用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
平板表示装置には、発光型装置および受光型装置がある。液晶表示装置は、それ自体が発光して画像を形成できず、外部から光を受けて画像を形成する受光型装置であるので、別途の光源、例えば、いわゆるバックライトを設置して、光を供給し続け、液晶のオンオフ動作により画像を観察できる。液晶表示装置用バックライトは、光源の設置位置によって直下方式とエッジ方式とに区分されるが、それらのうち、エッジ方式のバックライトでは、線形光源が側端部に配置されるので、光源から発生した光を液晶パネルの下部に均一に誘導するための導光板が設けられる。
【０００３】
ところが、従来のバックライトで導光板を通じて出射された光は非偏光であるため、液晶表示装置でそのまま利用されず、再度偏光手段を経なければならない。この過程で、光エネルギーのほぼ半分が消失されて、エネルギーの効率性が低下し、特に、消失された光エネルギーが熱エネルギーの形態に変換されて、発熱などの問題を起こすこともある。したがって、当業界における伝統的な課題は、偏光された光を提供するための照明装置の効率性を向上させることである。
【０００４】
近来、特許文献１及び特許文献２のように、導光構造内で何れか一つの偏光を分離して出射し、他の偏光をリサイクリングして出射することで効率を高める照明装置が提案されている。
前記特許文献１に開示された照明装置は、光学的等方性である一層と光学的異方性である他の一層との界面で、屈折率の差により発生する何れか一つの偏光成分の全反射を利用して偏光を分離する。ところが、現実的には、界面両側の屈折率の差が十分に大きくないため、特許文献２で言及しているように、光を前記界面での全反射条件を満たす角度で前記導光構造に入射させるコリメータが要求される。もし、このようなコリメーションが不十分な場合には、偏光分離が正常に行われない。
【０００５】
ところが、このようなコリメータのサイズは、平板表示装置の画面外側部分のサイズを左右する重要な設計要素である。したがって、表示装置の全体サイズに比べて有効表示面積の広い表示装置を提供するためには、光源から短い区間を利用して、所望の角度範囲内に導光構造に入射するようにコリメーションできるコリメータが要求される。これに比べて、従来のコリメータは、光源から相対的に長い区間を必要とするという問題がある。
【０００６】
さらに、光学的異方性層と光学的等方性層との界面で、何れか一つの偏光に対する屈折率の差を利用して偏光を分離する平板表示装置用照明装置の導光構造は、分離された偏光をその表面から液晶パネル側に出射させる出光構造を必要とする。このような出光構造は、プリズムシートのように、導光構造の表面に微細な立体構造の形態で設けられることが望ましい。
【０００７】
ところが、光学的異方性層の表面に微細立体構造を形成することは技術的に難しく、かつ加工性も低下する。また、光学的異方性層を導光板として活用する場合には、十分な厚さの確保に材料上の制約がかせられる。したがって、前記導光板及び出光層に光学的等方性の材料を採用させる導光の構造が要求される。
また、本発明の一面は、両面平板表示装置用照明装置に関する。従来の両面平板表示装置用照明装置としては、特許文献３及び特許文献４が挙げられる。しかし、前者は、両面プリズム加工された非偏光導光板を利用したものであって、両面にそれぞれ吸収偏光板を必要とするので、エネルギー効率性が低下するという問題があり、後者は、導光板の一面にプリズム形状を加工し、前記プリズムによる光の出射側に反射偏光板を設けたものであって、反射された偏光成分が再び導光板を通過する過程で部分的な光損失や偏光の消滅が発生しやすいという問題がある。
【特許文献１】米国特許第５,８４５,０３５号明細書
【特許文献２】米国特許第５,８０８,７０９号明細書
【特許文献３】特開２００５−０７０２０１号公報
【特許文献４】国際公開特許２００３−０２９８８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述した問題点を改善するためになされたものであって、光の利用効率を高めることのできる平板表示装置用照明装置及び両面平板表示装置用照明装置を提供することを目的とする。
また、本発明は加工が容易な出光構造を提供することを目的とする。
また、本発明は小型化が可能なコリメータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る平板表示装置用照明装置は、光源と、前記光源から放出された光を伝達及び分配するものであって、光学的等方性物質からなる導光板と、光源と隣接した前記導光板の側端に隣接して設けられて、光を所定範囲の入射角で前記導光板に入射させるコリメータと、２つの屈折率を有する光学的異方性物質からなり、前記導光板の上面に設けられたものであって、前記２つの屈折率により導光板との境界面で、前記導光板から入射した光のうち、第１偏光成分は透過し、第２偏光成分は全反射させる偏光分離層と、前記偏光分離層の上面に設けられたものであって、前記偏光分離層から入射された光を出射させる出光構造を有する出光層と、を備える。
【００１０】
前記照明装置は、前記導光板と偏光分離層との境界面で第１偏光成分を分離して、前記出光層を通じて出射させ、第２偏光成分は、再び導光板内に全反射させてリサイクリングする過程で偏光が変換されるか、または消滅された状態で前記境界面に再入射させて反復的に偏光を分離する。
このような偏光分離は、前記偏光分離層の光学的異方性により可能になる。前記偏光分離層の第１方向の屈折率がｎe、第２方向の屈折率がｎo、前記導光板の屈折率がｎiであるするとき、ｎo＜ｎi≦ｎeの関係を満たす。
【００１１】
理解を容易にするために、前記第１方向の偏光成分を第１偏光成分とし、第２方向の偏光成分を第２偏光成分とする。前記光源からコリメータを通じて前記導光板に所定範囲の入射角で入射された光が、導光板と前記偏光分離層との境界面に到達すれば、第１偏光成分は、前記第１屈折率ｎeが導光板の屈折率ｎi以上であるので、前記偏光分離層に進み、第２偏光成分は、前記第２屈折率ｎoが導光板の屈折率ｎiより低いので、全反射される。ここで、前記所定範囲の入射角とは、前記第２偏光成分が前記偏光分離層との境界面で全反射されうる範囲を意味する。
【００１２】
前記で偏光分離層に進んだ第１偏光成分は、前記偏光分離層の上面に設けられた出光層を通じて外部のディスプレイパネル側に出射される。前記出光層は、プリズムシートのように、立体パターンにより下面から入射された光を上面に出射させるものであって、前記偏光分離層の表層としてフィルム状に設けられうる。前記出光層の出光構造は、前記偏光分離層を投射した光を出射させうる立体パターンであればよく、周期的または非周期的なパターンであってよく、従来に知られた構造を採用してもよい。
【００１３】
ただし、前記出光層は、光学的等方性の材料からなることが望ましい。光学的異方性の材料からなる場合には、現実的にその表面に微細な立体パターンを形成し難いためである。このように、前記出光層として光学的等方性フィルムを採用することによって、製造にかかる手間およびコストを大きく低減させうる。
前記出光層の屈折率は、前記第１方向に対する偏光分離層の屈折率ｎe以上であることが望ましい。それにより、偏光分離層を投射した光が前記出光層との界面で全反射されることを防止できる。
【００１４】
前記コリメータは、光源から多様な角度で放出された光を、前述した所定角度の範囲内に視準して、前記導光板の側面に入射させる。前記コリメータとしては、くさび状の反射鏡のように、従来に知られたものを採用してもよく、長さの短縮のための新たな構造のものを採用してもよい。新たな構造のコリメータについては、下記の実施形態で詳細に説明する。
【００１５】
本発明の一側面による両面平板表示装置用照明装置は、光源と、前記光源から放出された光を伝達及び分配する導光板と、光源と隣接した前記導光板の側端に隣接して設けられて、光を所定範囲の入射角で前記導光板に入射させるコリメータと、前記導光板の上面に設けられたものであって、前記導光板との境界面で、前記導光板から入射した光のうち、第１偏光成分は透過し、第２偏光成分は全反射させる第１偏光分離層と、前記導光板の下面に設けられたものであって、前記導光板との境界面で、前記導光板から入射した光のうち、第２偏光成分は透過し、第１偏光成分は全反射させる第２偏光分離層と、前記第１偏光分離層及び第２偏光分離層の外面にそれぞれ設けられたものであって、前記各偏光分離層から入射された光を出射させる出光構造を有する出光層と、を備える。
【００１６】
前記両面平板表示装置用照明装置は、導光板と前記導光板の両面にそれぞれ設けられた第１偏光分離層及び第２偏光分離層とを利用して、互いに垂直の偏光成分をそれぞれ分離して、一つの光源から分離された直交偏光を両面で同時に活用させる。それにより、吸収偏光による光エネルギーの損失を無くし、反射や透過時に不回避に発生する散乱などによる損失を最小化できる。
【００１７】
本発明に係る両面平板表示装置用照明装置も、光学的等方性の材料からなる層と 光学的異方性の材料からなる層との境界面で発生する一偏光成分に対する全反射現象を利用したものであるので、光源から発生した光を視準するコリメータを必要とし、前述したような出光構造を必要とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光の利用効率を高めることのできる平板表示装置用照明装置及び両面平板表示装置用照明装置を提供することができる。
また、本発明は加工が容易な出光構造を提供することができる。
また、本発明は小型化が可能なコリメータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付された図面を参照して、本発明の多様な実施形態を通じて本発明に係る平板表示装置用照明装置及び両面平板表示装置用照明装置の特徴及び長所を詳細に説明する。添付された図面で同じ図面符号は、同じ要素を示し、このような図面符号については、その重複説明を省略できる。
図１は、本発明に係る平板表示装置用照明装置の第１実施形態を示す断面図である。前記第１実施形態は、光源１１と、前記光源１１から発生した光を視準するコリメータ１０、および前記コリメータ１０を経て入射された光を平板表示装置の全体に均一に放出させる導光構造を有する。前記導光構造は、入射された光を偏光分離して、まず、第１偏光成分Ｐを出光させ、第２偏光成分Ｓは、リサイクリングして偏光を変換させた後、第１偏光成分を再分離して出光させる。第１偏光成分Ｐは図１の紙面に平行な成分であり、第２偏光成分Ｓは紙面に垂直な成分である。
【００２０】
ここで、前記コリメータ１０は、前記図１に示すように、光源１１側が狭く、導光板側の広い台形に対向するように配置された反射鏡１２と前記対向する反射鏡１２との間に配置されたものであって、底面が光源１１に対向し、前記底面と対向する頂部が導光板２０に向う三角プリズム１３からなりうる。ただし、このような形態に限定されるものではなく、多様な形態に設けられ、それについては、下記で多様な例を通じて詳細に説明する。
【００２１】
前記導光構造は、導光板２０、偏光分離層３０及び出光層４０からなる。導光構造は、光学的等方性物質からなる導光板２０と、光学的異方性物質からなるものであって、前記導光板２０の上面に設けられた偏光分離層３０と、及び前記偏光分離層３０の上面に設けられたものであって、出光構造４１を有する出光層４０とを備える。また、前記導光板２０で、光源１１から遠い側面には反射鏡２３が設けられうる。
【００２２】
前記導光板２０は、前記光源から放出された光を伝達及び分配し、前記偏光分離層３０は、前記導光板との境界面２１で２つの屈折率により第１偏光成分Ｐは透過させ、第２偏光成分Ｓは全反射させる。また、前記出光層４０は、前記偏光分離層を通じて入射された光をディスプレイパネル（図示せず）側に出射させる。
前記出光層４０は、光学的等方性物質からなり、プリズムシートのように、上面に立体パターンが形成されたフィルム上に設けられることが望ましい。光学的等方性フィルムを採用することによって、表面加工が容易であり、かつ経済的であるだけでなく、その表面または他層との接合面で散乱により光が消失されることを減らしうる。
【００２３】
光学的等方性の導光板２０と光学的異方性の偏光分離層３０との境界面２１で偏光が分離される原理は、次の通りである。偏光分離層３０の第１方向の屈折率がｎe、第２方向の屈折率がｎo、前記導光板２０の屈折率がｎiであるとき、ｎo＜ｎi≦ｎeの関係にあるので、前記コリメータ１０を経て導光板２０に入射した非偏光の光線Ｐ＋Ｓが前記境界面２１に入射すれば、第１偏光成分Ｐは、導光板の屈折率がｎi以上の屈折率ｎeを感じて前記偏光分離層３０に進み、第２偏光成分Ｓは、導光板の屈折率がｎi未満の屈折率ｎoを感じて全反射される。変更分理想３０が設けられる平面に任意の直交軸があるとすると、第１方向は任意の直交軸のうちの１つであり、第２方向は残りの方向である。
【００２４】
全反射された第２偏光成分Ｓは、導光板２０の内部を進み続ける。ここで、前記導光板２０は、光学的等方性であるが、実質的には若干の光学的異方性を帯びている。したがって、前記導光板２０の内部を進む過程で偏光が変換（Ｐ’＋Ｓ’）され、以後、前記境界面２１で再び偏光分離されて、第１偏光成分Ｐ’が出光される。
図２は、本発明に係る平板表示装置用照明装置の偏光分離原理を示す概念図である。前記第１実施形態を通じて説明した偏光分離は、前記導光板２０に所定範囲内の入射角θinでコリメートされた（平行状態にされた）光線のみが進入することを前提とした。例えば、導光板２０の屈折率がｎi＝１.５８であり、偏光分離層３０の屈折率がｎo＝１.４９であり、ｎe＝１.８８であるとき、前記境界面２１で、第２偏光成分Ｓに対して全反射が起こるためには、入射角θisoが臨界角（ａｓｉｎ（ｎo／ｎi）＝７０．６°）より大きい必要がある。前記図２で、θwg＝９０°−θisoであるので、前記コリメータ１０は、導光板２０内で光線の進行角θwgが１９.４°より小さいという条件を満たせばよい。
【００２５】
図３は、導光板の側端に偏光変換部を備えた平板表示装置用照明装置の第２実施形態を示す。前記第２実施形態は、前述した第１実施形態と構成面においてほぼ同じである。ただし、光源１１から遠い導光板２０の側端に設けられた反射鏡２３の内側に偏光変換部３３をさらに備えうる。偏光変換部３３の例としては、１／４波長板（λ／４）などが挙げられ、前記導光板２０または反射鏡２３と別個の素材からなる層や板の形態だけでなく、前記導光板２０または反射鏡２３に形成された所定の構造に設けられてもよい。前記反射鏡２３により反射される光は、反射直前及び直後に前記偏光変換部３３を経ることによって、少なくとも一部の光線の光軸が９０°ほど変換される。すなわち、第２方向の偏光Ｓが前記導光板の側端に到達すれば、反射されつつ第１方向偏光Ｐに変換される。偏光変換された光線は、再び前記偏光分離層３０及び出光層４０を通じて出光される。なお、図３の場合も図１の実施例の場合と同様に、導光板２０は光学的等方性であるが、実質的には若干の光学的異方性を帯びている。従って、図３に示すように、前記導光板２０の内部を進む過程で偏光が変換（Ｐ’＋Ｓ’）され、以後、前記境界面２１で再び偏光分離されて、第１偏光成分Ｐ’が出光される。なお、導光板の側端において反射された後、図１では（Ｐ’＋Ｓ’）のうちＳ’成分の比率が高く、図３では（Ｐ’＋Ｓ’）のうちＰ’成分の比率が高くなっている。
【００２６】
図４は、導光板の底面に偏光変換層を備えた平板表示装置用照明装置の第３実施形態を示す。前記第３実施形態は、前述した第１実施形態と構成面においてほぼ同じである。ただし、導光板２０の底面に光学的異方性物質からなる偏光変換層３５をさらに備えうる。前記偏光変換層３５は、前記第２実施形態で言及された偏光変換部３３と類似した機能を行い、必ずしも層の形態をなすものに限定されるものでもない。
【００２７】
導光板２０と偏光分離層３０との境界面２１で全反射された第２偏光成分Ｓが導光構造の底面に到達すれば、外気との屈折率の差により再び全反射を起こす。このとき、前記光学的異方性層である偏光変換層３５を経ることによって偏光を変換させ、再び非偏光光線Ｐ’＋Ｓ’に変換して前記境界面２１で再分離されて、第１偏光成分Ｐ’が出光される。
図５は、前記第３実施形態の偏光変換層の底面に反射鏡をさらに備えた平板表示装置用照明装置の第４実施形態を示す。第４実施形態は、前述した第３実施形態と構成面においてほぼ同じである。ただし、偏光変換層３５の底面に反射鏡３５をさらに備えうる。前記導光板２０に進入して進む光線は、前記コリメータ１０により視準されたものであるので、理想的には、導光板２０の底面に反射鏡が不要であるが、現実的には、光の散乱や前記出光構造４１での反射などによって、臨界角より小さな入射角で前記導光構造の底面に到達する光線が存在しうる。前記反射鏡２５は、このような光線を上面に反射させる役割を行う。
【００２８】
図６は、前記図１の実施形態で偏光分離層の屈折率軸９０°回転された実施形態を示す断面図である。本実施形態で、偏光分離層３０’は、前記図１の実施形態での偏光分離層３０と異なり、図面に表示された断面の深さ方向の屈折率がｎeであり、前記深さ方向に対して垂直方向の屈折率がｎoでありうる。言い換えれば、光源１１の長手方向と平行した方向の屈折率がｎeであり、それと垂直方向の屈折率がｎoでありうる。前記導光板２０の屈折率がｎiであり、ｎo＜ｎi≦ｎeの関係にある場合、前記コリメータ１０を経て導光板２０に入射した非偏光の光線Ｐ＋Ｓが前記境界面２１に入射されれば、第２偏光成分Ｓはそれ以上の屈折率ｎeを感じて前記偏光分離層３０’に進み、第１偏光成分Ｐは、それより小さな屈折率ｎoを感じて全反射される。
【００２９】
全反射された第１偏光成分Ｐは、導光板２０の内部を進み続ける。ここで、前記導光板２０は、光学的等方性であるが、実質的には、若干の光学的異方性を帯びている。したがって、前記導光板２０の内部を進む過程で偏光が変換（Ｐ’＋Ｓ’）され、以後、前記境界面２１で再び偏光分離されて、第２偏光成分Ｓ’が出光される。
図７Ａは、本発明に係る平板表示装置用照明装置のコリメータの第１実施形態を示す。コリメータの第１構造は、光源１１側が狭く、導光板２０側の広い台形に対向するように配置された反射鏡１２と前記対向する反射鏡１２との間に配置されたものであって、下面が光源１１に向かい、前記下面と対向する頂部が導光板２０に向う三角プリズム１３を備える。
【００３０】
図７Ａないし及び図１２Ａの図面に表示された寸法及び屈折率は、本発明に係る照明装置が移動通信端末機の表示装置に採用される場合の例であって、本発明がこれに限定されるものではない。
前記光源１１は、導光板２０の側面に沿って長く配置された線光源であるか、細長い面光源または細長く配列された複数の点光源でありうる。前記三角プリズム１３は、その断面形状が、下辺より高い二等辺三角形であることが望ましい。素材としては、導光板２０のように、光透過性に優れており、かつ光学的に等方性であることが望ましく、屈折率は、導光板２０と類似しているが、またはそれより低くてもよい。前記反射鏡１２の間で、三角プリズム１３以外の空間は、空気で満たされうる。さらに、前記図７Ａで光検出器１００は、前記コリメータ１０による光分布を調べる実験のためのものであって、本発明による照明装置の構成要素ではない。
【００３１】
図７Ｂは、前記図７Ａに示すコリメータによる視準作用をシミュレーションしたイメージである。図７Ｂは、前記図７Ａに示す三角プリズム１３の頂角θが１０°である場合を示している。なお、光源１１と導光板２０との間の距離を狭めて、前記頂角が１０°より大きくなっても満足する結果が得られる。図７Ｂに示すように、コリメータにより、光の拡散を減少させ集中した光線を実現できる。
【００３２】
図７Ｃは、前記図７Ａに示すコリメータを通じて導光板に入射されたビームの分布を示すイメージである。図７Ｃは、光線が入射される側から見た導光板の映像である。ほとんどの光線が、導光板が置かれた平面に対して臨界角７０．６°の範囲内で入射されているということが分かる。ここで、中央部Ａの赤茶色の部分ほど光密度が高く、中央部Ａの周辺部分Ｂの青色部分ほど光密度が低くなっており、周辺部分Ｂの外側は光の存在が確認できない部分である。
【００３３】
図８Ａ及び図８Ｂは、コリメータの第２実施形態及びそれによるビームの分布を示す。コリメータの第２実施形態１０１は、前記導光板２０の光源側の側端から光源１１０まで、導光板２０の厚さが次第に薄くなるように延びて、その断面が台形をなすことによって設けられる。このようにして形成された導光板延長部１３０の台形の斜辺に該当する二つの面１２０では、外部との屈折率の差による全反射が起こり、光線が前記導光板２０側に進む。それによる光線の分布を見れば、所定の臨界角範囲内に分布されている。ここで、中央部Ａの赤茶色の部分ほど光密度が高く、中央部Ａの周辺部分Ｂの青色部分ほど光密度が低くなっており、周辺部分Ｂの外側は光の存在が確認できない部分である。以下において、同様の見方であるので、ビームの分布の図については見方の説明を省略する。
【００３４】
図９Ａ及び図９Ｂは、コリメータの第３実施形態及びそれによるビームの分布を示す。コリメータの第３実施形態１０２は、前記第２実施形態のように、前記導光板２０の光源側の側端から光源１１０まで、その厚さが次第に薄くなるように延びて、その断面が台形形態をなす導光板延長部１３１を有する。ただし、前記光源１１０と隣接した面に複数のプリズムパターン１４１が設けられる。前記プリズムパターン１４１は、三角形の溝状を有する。プリズムパターン１４１は、例えば導光板延長部１３１の光源１１０に隣接した端面を、鋸状に切り出すことにより形成され得る。前記三角形の溝の頂角は、約１５°ないし１５０°の範囲で多様に選択されうる。
【００３５】
前記プリズムパターン１４１の形状及びサイズなどによって、導光板２０に入射する光線の角度分布が変わり、図９Ｂは、前記図８Ｂに比べて、入射角が０°に近い光量の分布が相対的に少ない。つまり、図８Ｂに示すようにスポットが１つであることは導光板２０に平行に入射する光の光密度が高く、図９Ｂのようにスポットが２つであることは導光板２０の上面又は下面に向かって入射する光の光密度が高いことを示している。これは、前記導光板２０に入射した光線が出光されるまでの光路を短縮できるということを意味する。例えば、図９Ａの点線で示すように、光源１１０からの光はプリズムパターン１４１により３０°程度の傾斜を有してどう導光板２０に入射される。このように入射されることで、光は導光板２０の上部表面に近い部分に入射されるため、導光板２０から偏光分離層３０に到達するまでに距離が短くなる。よって、導光板内で発生する光の損失を減らすことができる。
【００３６】
以下では、前記コリメータの第３実施形態を基本として、寸法の異なる三つの変形例及びそれによるビームの分布を説明する。まず、図１０Ａ及び図１０Ｂは、前記コリメータの第３実施形態に係る第１変形例及びそれによるビームの分布を示し、図１１Ａ及び図１１Ｂは、前記コリメータの第３実施形態に係る第２変形例及びそれによるビームの分布を示し、図１２Ａ及び図１２Ｂは、前記コリメータの第３実施形態に係る第３変形例及びそれによるビームの分布を示す。
【００３７】
コリメーション結果を示す図１０Ｂ、図１１Ｂ及び図１２Ｂを通じて、光源の幅を導光板２０の厚さの１／２以内にし、コリメーションが起こる区間、すなわち、光源から導光板までの距離を導光板の厚さの約１ないし４倍にしたとき、導光板が属する平面に対して約０°より大きく、かつ２０°以内の傾斜度を有する光線が得られるということが分かる。図９Ｂと同様に、導光板２０に入射された光が出射されるまでの光路を短縮できる。図１０Ａ及び図１０Ｂ、図１１Ａ及び図１１Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、導光板延長部１３１の設計を種々変更することで、適度な傾斜角を有する光を導光板２０に入射することができる。
【００３８】
なお、コリメータは、光源から放出された光が導光板に入射する際に、偏光分離層との界面で全反射されうる臨界角の範囲内で前記第１及び第２偏光成分のうち一つの偏光成分を入射させる構成要素である。ここで、傾斜角が小さくなるほど導光板に入射された光が出射されるまでの光路長が長くなる。従って、前記臨界角の範囲内であるならば、傾斜角が大きい方が光路を短縮するのに有利である。
【００３９】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、コリメータの第４実施形態及びそれによるビームの分布を示す。コリメータの第４実施形態１０６は、前記導光板の光源側の側端が前記光源側に延びたものであって、その表面に、前記光源に向って斜面をなすように形成された複数の偏向鋸歯状の立体パターン１４６が形成された導光板拡張部１３６と、前記導光板拡張部１３６の外面に配置されて、前記偏向鋸歯状の立体パターン１４６を埋め込むものであって、前記導光板拡張部１３６より大きな屈折率を有する第１表層１４０と、前記第１表層１４０の外面に配置され、前記第１表層１４０より小さく、外部より大きな屈折率を有する第２表層１５０と、を備える。
【００４０】
前記第１表層１４０及び第２表層１５０は、それぞれ屈折率の異なる光学的等方性の材料から形成されることが望ましい。例えば、前記導光板拡張部１３６の屈折率が１.５であれば、前記第１表層が１.８８、第２表層が約１.６６の屈折率を有しうる。
ここで、導光板拡張部１３６の左端に位置する光源１１０から導光板拡張部１３６に光が入射される。そして、導光板拡張部１３６から前記偏向鋸歯状の立体パターン１４６を通じて第１表層１４０に入射した光線は、第１表層１４０と第２表層１５０との境界面または第２表層１５０と外気との境界面で全反射され、前記偏向鋸歯状の立体パターン１４６の斜面を通じて再び導光板拡張部１３６に入射される。このとき、再び入射された光線は、導光板が属する平面に対してさらに小さな傾斜度を有して導光板側に進む。よって、偏向鋸歯状の立体パターン１４６を設けることにより、光源から放出された光が導光板に入射する際、前記第１及び第２偏光成分のうち一つの偏光成分が偏光分離層との界面で全反射されうる臨界角の範囲内に入射させることができる。
【００４１】
図１３Ｂは、前記コリメータの第４実施形態を経て導光板に入射された光線の傾斜度の分布を表し、ほとんどの光量が臨界角の範囲内に分布されているということが分かる。ただし、傾斜度０°付近の光密度を減らすことがさらに望ましい。光線分布の改善のために、前記図１３ＡでＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに示すように、前記偏向鋸歯状の立体パターン１４６の斜面に追加的なプリズムパターンをさらに設けてもよい。このように、第１表層１４０の偏向鋸歯状の立体パターン１４６立体パターン１４６の斜面の追加的なパターンにより、光の拡散・集中を制御し、臨界角の範囲内に光量を集めるともに、傾斜角０°付近の光量を減らすことができる。よって、上述と同様に導光板内で発生する光の損失を減らすことができる。
【００４２】
図１４は、コリメータの第５実施形態を示す。コリメータの第５実施形態１０７は、導光板２０とほぼ同じ幅及び厚さを有する透明ブロック１３７であって、光源１０に隣接した部分は平面に形成され、導光板２０に隣接した部分には、複数の三角プリズムパターン１４７が形成されていることを特徴とする。このような三角プリズムパターン１４７を設けることにより、光源から放出された光が導光板に入射する際、前記第１及び第２偏光成分のうち一つの偏光成分が偏光分離層との界面で全反射されうる臨界角の範囲内に入射させることができる。
【００４３】
図１５は、コリメータの第６実施形態を示す。前記コリメータの第５実施形態１０７と同様に、第６実施形態１０８は、導光板２０とほぼ同じ幅及び厚さを有する透明ブロック１３８であって、光源１０及び導光板２０と隣接した面にそれぞれ複数の三角プリズムパターン１４８１、１４８２が形成されていることを特徴とする。光源１０側のパターン１４８１および導光板２０側のパターン１４８２は、その数及びサイズなどを互いに異ならせる。
【００４４】
本発明に係る平板表示装置用照明装置は、光を分配する導光構造内で何れか一つの偏光成分を分離して出射し、残りの直交偏光成分は、偏光を転換させて出射するか、または偏光を変換させた後に再分離して出射することによって光効率性を極大化させうる。
一方、本発明において、分離された偏光成分を出射させる出光構造を含む構成は、出射過程での光損失を最小化し、出光構造の加工を容易にすることができる。また、本発明のコリメータを備える構成は、短い区間内で十分なコリメーションを行わせることによって、平板表示装置で画面が占める有効表示面積をさらに拡大させうる。
【００４５】
図１６は、本発明に係る両面平板表示装置用照明装置の実施形態を示す断面図である。本発明の一面による両面平板表示装置用照明装置は、前述した導光構造及び出光構造が導光板２０の両面に対称的に設けられて、前記導光構造の両面から第１ＬＣＤパネル２０１及び第２ＬＣＤパネル２０２に向って直交偏光成分Ｐ、Ｓをそれぞれ放出する。
両面平板表示装置用照明装置の実施形態を説明すれば、光源１１と、前記光源１１から発生した光を視準するコリメータ１０、及び前記コリメータ１０を経て入射された光を平板表示装置の全体に均一に放出させる導光構造を有する。前記導光構造は、入射された光を偏光分離して、第１偏光成分Ｐを第１ＬＣＤパネル２０１側に出光させ、第２偏光成分Ｓは、第２ＬＣＤパネル２０２側に出光させる。
【００４６】
前記導光構造は、導光板２０、偏光分離層３０、５０及び出光層４０、６０からなる。導光構造は、光学的等方性物質からなる導光板２０と、光学的異方性物質からなるものであって、前記導光板２０の上下の外面にそれぞれ設けられた第１偏光分離層３０及び第２偏光分離層５０、及び前記第１偏光分離層３０及び第２偏光分離層５０外側の側面にそれぞれ設けられたものであって、出光構造４１、６１を有する第１出光層４０及び第２出光層６０を備える。また、前記導光板２０で光源１１から遠い側面には反射鏡２３が設けられうる。
【００４７】
前記導光板２０と第１偏光分離層３０及び第２偏光分離層５０との境界面２１、２２で偏光を分離する原理は、前述した通りである。ただし、前記第１偏光分離層３０及び第２偏光分離層５０は、その屈折率の軸の方向が互いに垂直をなすように配置される。したがって、第１偏光分離層３０では、第１偏光成分Ｐを出光させ、第２偏光成分Ｓを反対側に全反射させ、第２偏光分離層５０では、第２偏光成分Ｓを出光させ、第１偏光成分Ｐを反対側に全反射させる。
【００４８】
それ以外に、コリメータ１０、光源１１に関する事項や、導光板２０、偏光分離層３０、５０及び出光層４０、６０に関する細部事項は、前述した通りである。
図１７は、前記図１６の実施形態で、第１偏光分離層及び第２偏光分離層の屈折率の軸がそれぞれ９０°回転した実施形態を示す断面図である。本実施形態で、第１偏光分離層３０’は、前記図１６の実施形態での第１偏光分離層３０と異なり、図面に表示された断面の深さ方向の屈折率がｎeであり、前記深さ方向に対して垂直方向の屈折率がｎoでありうる。言い換えれば、光源１１の長手方向と平行方向の屈折率がｎeであり、それと垂直方向の屈折率がｎoでありうる。第２偏光分離層５０’は、前記第１偏光分離層３０’とその屈折率の軸とが互いに直交するように配置される。
【００４９】
前記導光板２０の屈折率がｎiであり、ｎo＜ｎi≦ｎeの関係にある場合、前記コリメータ１０を経て導光板２０に入射した非偏光の光線Ｐ＋Ｓが、前記第１偏光分離層３０’及び第２偏光分離層５０’との境界面２１、２２に入射すれば、第１偏光分離層３０’では、第２偏光成分Ｓを出光させ、第１偏光成分Ｐを反対側に全反射させ、第２偏光分離層５０’では、第１偏光成分Ｐを出光させ、第２偏光成分Ｓを反対側に全反射させる。
【００５０】
なお、図３〜図１５に示す変形例も図１６、図１７に適宜適用可能である。
本発明の一面による両面平板表示装置用照明装置は、上記片側にのみ導光構造及び出光構造の場合と同様の効果を得ることができるとともに、さらに導光構造内で直交偏光を分離して、それぞれの偏光成分を両面を通じて出射させることによって光効率性を向上させうる。
【００５１】
以上、本発明に係る望ましい実施形態が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できるであろう。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、平板表示装置に関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る平板表示装置用照明装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る平板表示装置用照明装置の偏光分離原理を示す概念図である。
【図３】導光板の側端に１／４波長板を備えた平板表示装置用照明装置の第２実施形態を示す図面である。
【図４】導光板の底面に偏光変換層を備えた平板表示装置用照明装置の第３実施形態を示す図面である。
【図５】第３実施形態の偏光変換層の底面に反射鏡をさらに備えた平板表示装置用照明装置の第４実施形態を示す図面である。
【図６】図１の実施形態で偏光分離層の屈折率軸が９０°回転した実施形態を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明に係る平板表示装置用照明装置のコリメータの第１実施形態を示す図面である。
【図７Ｂ】図７Ａに示すコリメータによる視準作用をシミュレーションしたイメージである。
【図７Ｃ】図７Ａに示すコリメータを通じて導光板に入射されたビームの分布を示すイメージである。
【図８Ａ】コリメータの第２実施形態及びそれによるビームの分布を示す図面である。
【図８Ｂ】コリメータの第２実施形態及びそれによるビームの分布を示す写真である。
【図９Ａ】コリメータの第３実施形態及びそれによるビームの分布を示す図面である。
【図９Ｂ】コリメータの第３実施形態及びそれによるビームの分布を示す写真である。
【図１０Ａ】前記コリメータの第３実施形態に係る第１変形例及びそれによるビームの分布を示す図面である。
【図１０Ｂ】前記コリメータの第３実施形態に係る第１変形例及びそれによるビームの分布を示す写真である。
【図１１Ａ】前記コリメータの第３実施形態に係る第２変形例及びそれによるビームの分布を示す図面である。
【図１１Ｂ】前記コリメータの第３実施形態に係る第２変形例及びそれによるビームの分布を示す写真である。
【図１２Ａ】前記コリメータの第３実施形態に係る第３変形例及びそれによるビームの分布を示す図面である。
【図１２Ｂ】前記コリメータの第３実施形態に係る第３変形例及びそれによるビームの分布を示す写真である。
【図１３Ａ】コリメータの第４実施形態及びそれによるビームの分布を示す図面である。
【図１３Ｂ】コリメータの第４実施形態及びそれによるビームの分布を示す写真である。
【図１４】コリメータの第５実施形態を示す図面である。
【図１５】コリメータの第６実施形態を示す図面である。
【図１６】本発明に係る両面平板表示装置用照明装置の実施形態を示す断面図である。
【図１７】図１６の実施形態で第１偏光分離層及び第２偏光分離層の屈折率軸がそれぞれ９０°回転した実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  コリメータ
１１  光源
１２  反射鏡
１３  三角プリズム
２０  導光板
２１  境界面
２３  反射鏡
３０  偏光分離層
４０  出光層
４１  出光構造
Ｐ＋Ｓ、Ｐ’＋Ｓ’  非偏光の光線
Ｐ、Ｐ’  第１偏光成分
Ｓ、Ｓ’  第２偏光成分
【図１】
2007073516.tif 000003
【図２】
2007073516.tif 000004
【図３】
2007073516.tif 000005
【図４】
2007073516.tif 000006
【図５】
2007073516.tif 000007
【図６】
2007073516.tif 000008
【図７Ａ】
2007073516.tif 000009
【図７Ｂ】
2007073516.tif 000010
【図７Ｃ】
2007073516.tif 000011
【図８Ａ】
2007073516.tif 000012
【図８Ｂ】
2007073516.tif 000013
【図９Ａ】
2007073516.tif 000014
【図９Ｂ】
2007073516.tif 000015
【図１０Ａ】
2007073516.tif 000016
【図１０Ｂ】
2007073516.tif 000017
【図１１Ａ】
2007073516.tif 000018
【図１１Ｂ】
2007073516.tif 000019
【図１２Ａ】
2007073516.tif 000020
【図１２Ｂ】
2007073516.tif 000021
【図１３Ａ】
2007073516.tif 000022
【図１３Ｂ】
2007073516.tif 000023
【図１４】
2007073516.tif 000024
【図１５】
2007073516.tif 000025
【図１６】
2007073516.tif 000026
【図１７】
2007073516.tif 000027